以水溶性酚醛樹脂溶液為粘結劑製備離合器面片的方法
2023-12-02 08:00:46 1
專利名稱：以水溶性酚醛樹脂溶液為粘結劑製備離合器面片的方法
技術領域：
本發明涉及一種機動車傳動系統中所用的離合器面片技術領域，具體涉及一種以水溶性酚醛樹脂溶液為粘結劑製備高性能機動車離合器面片的方法。
背景技術：
離合器面片作為機動車傳動用的摩擦材料，主要以酚醛樹脂、橡膠等為粘結劑，以增強纖維等為骨架材料，各種功能性填料如增摩填料、耐磨填料等為填充材料等構成。傳統的離合器的生產工藝以溼法工藝為主，流程如下(I)將酚醛樹脂、橡膠等粘結劑用有機溶劑溶解，加入填料攪拌混合製成漿料；(2)將長纖維浸潰漿料，烘乾後纏繞成型；(3)通過熱壓成型，再經熱處理、端面磨削、衝孔或鑽孔加工處理得到離合器面片產品。
隨著現代工業的發展，對機動車所用的離合器面片提出了更高的性能要求，如要求離合器面片在使用溫度達到350攝氏度時摩擦係數大於0. 25，磨損率小於0. 7，而採用傳統的粘結劑的離合器面片很難達到該要求。同時，在傳統的離合器面片製作工藝中，常使用油溶性酚醛樹脂製作漿料，因此需要使用大量的有機溶劑溶解酚醛樹脂和橡膠。這些溶劑揮發到空氣中不僅造成極大的環境汙染，而且在生產過程中產生了極大的安全隱患，此外由於使用大量的有機溶劑也增加了製造離合器面片的成本。使用水溶性酚醛樹脂作為粘結劑生產離合器面片可以避免有機溶劑的使用，安全環保，但是離合器面片在摩擦過程中，摩擦表面的溫度較高，而水溶性酚醛樹脂的分解溫度為250°C左右，耐熱性較低，因此在該高溫度區域分解量大，分解的物質在摩擦表面形成一層氣態或液態膜，導致離合器面片的摩擦係數降低，嚴重時對車輛的安全運行構成較大的威脅。另外，由於水溶性酚醛樹脂的脆性較大，纖維浸潰漿料烘乾後，漿料容易從纖維表面脫落，導致製備的離合器面片產品在加工或使用過程中容易開裂，影響產品的正常使用。為此，人們一直致力研究如何對水溶性酚醛樹脂進行改性，使改性後的水溶性酚醛樹脂作為膠黏劑製備得到的離合器面片能夠承受加工和使用過程中的衝擊力而不開裂，同時在高溫時能夠保持較高而穩定的摩擦係數和較小的磨損性。公開號為CN101655128A的專利申請中採用水溶性酚醛樹脂為粘結劑，為了改善其脆性問題添加丁腈橡膠作為增韌劑，但是粉末丁腈橡膠價格昂貴，導致成本增加，另外需要使用一定量的有機試劑溶解丁晴橡膠造，因而造成環境汙染和使用不便。公開號為CN101285512A的專利申請中採用一種膠乳改性水溶性酚醛樹脂作為製備離合器面片的膠黏劑，但是由於膠乳的存在需要加入防分層劑、表面活性劑等助劑以防止改性酚醛樹脂發生分層，因而改性酚醛樹脂的製備工藝繁瑣，並且也增加了成本。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述離合器面片製備中存在的問題，提供一種以水溶性酚醛樹脂溶液為粘結劑製備離合器面片的方法，該方法製備成本低，綠色環保，能夠製得耐磨性好、摩擦係數較高且穩定的離合器面片。
該離合器面片採用改性的水溶性酚醛樹脂代替油溶性酚醛樹脂和橡膠，並且製備的離合器面片不僅可以承受加工和使用過程的衝擊力而不開裂，而且具備優異的摩擦磨損性能,並且大大的降低了成本。本發明實現上述技術目的所提供的技術方案為一種以水溶性酚醛樹脂溶液為粘結劑製備離合器面片的方法，包括如下步驟 步驟1、將水溶性酚醛樹脂溶液和摩擦性能調節劑混合，加入適量水,攪拌製成漿料；所述的水溶性酚醛樹脂溶液由聚乙烯醇改性的酚醛樹脂水溶液、納米級凹凸棒土以及微米級銅粉組成；按照質量份數計，所述的聚乙烯醇改性的酚醛樹脂水溶液是由100質量份的苯酚、11(Γ120質量份的甲醛水溶液、Γ20質量份的聚乙烯醇，以及Γ10質量份的鹼性催化劑混合反應而成，其中甲醛水溶液的質量百分比濃度為309Γ45% ;按照聚乙烯醇改性的酚醛樹脂水溶液中苯酚含量為100質量份數計，所述的納米級凹凸棒土含量為廣4質量份，微米級銅粉含量為Γ2質量份；步驟2、將纖維浸潰漿料，烘乾後纏繞成為型坯；步驟3、將型坯熱壓成型為面片，再經熱處理後打磨、鑽孔，得到離合器面片。所述的水溶性酚醛樹脂溶液中，鹼性催化劑包括但不限於氨水、六次甲基四胺、碳酸鈉、胺類、鹼金屬、鹼土金屬氧化物等中的一種或者幾種；由於鹼土金屬氧化物，例如氫氧化鈉、氫氧化鋇等的鹼性較強，在其催化作用下苯酚和甲醛的羥甲基化加成反應速率快，生成物中富含羥甲基，並且具有較強的極性，水溶性也更好，因此優選鹼土金屬氧化物作為鹼性催化劑；聚乙烯醇的聚合度優選為100(Γ2000 ;甲醛水溶液的質量百分比濃度優選為359Γ40% ;微米級銅粉的粒徑為優選O. 5um^2um ;納米級凹凸棒土的長度優選為
O.5unT5um，寬度優選為15nnT30nm ;水溶性酚醛樹脂溶液的固含量為60飛7%，和水的互溶比為1:1 1:14。作為優選，所述的水溶性酚醛樹脂溶液採用包括以下步驟的製備方法製得(I)將100質量份的苯酚，Γ20質量份的聚乙烯醇和4 10質量份的鹼性催化劑加入到反應容器中，升溫至6(T75°C，攪拌反應1(Γ25分鐘；再將11(Γ120質量份的37%甲醛溶液加入到反應容器中，升溫至8(Tl00°C，攪拌反應35飛O分鐘，停止加熱；(2)待反應溫度降低至50°C以下，將f 4質量份的納米級凹凸棒土和廣2質量份微米級銅粉顆粒加入到反應容器中，攪拌2(Γ30分鐘；(3)停止加熱，待溫度降低至50°C以下後，將f 4質量份的納米級凹凸棒土和廣2質量份微米級銅粉顆粒加入到反應容器中，攪拌2(Γ30分鐘；(4)停止攪拌，收集反應溶液，置於超聲波分散裝置中超聲分散均勻。上述水溶性酚醛樹脂溶液的製備方法中，苯酚純度優選為98. 5%以上；聚乙烯醇優選在使用前用5 10質量份的水溶脹Γ10小時；步驟(4)中，超聲頻率、。優選為45Hz IOOHz ;超聲分散時溫度優選控制在30°C 50°C之間，超聲分散時間優選為60分鐘 120分鐘。所述的摩擦性能調節劑包括但不限於重晶石、鉻鐵礦粉、石墨、炭黑、沸石、氧化鋁、石灰石中的一種或多種。作為一種優選，所述的水溶性酚醛樹脂溶液和摩擦性能調節劑的配方為按照質量百分比計，水溶性酚醛樹脂25 36%，混合纖維13 21%，重晶石12 16%，鉻鐵礦粉12 16%，石墨2 5%，炭黑5 7. 5%，沸石5 8%，氧化鋁I 2. 5%，石灰石3 10%。所述的纖維優選為玻璃纖維和芳綸組成的混合纖維作為增強材料。所述的步驟2中，烘乾溫度優選為7(T90°C，烘乾時間優選為6(T90分鐘；所述的步驟3中，在型坯熱壓成型為面片的過程中，熱壓溫度優選為155 165°C，壓力優選為2(T30MPa，熱壓時間優選為51分鐘；面片進行熱處理的過程中，溫度優選控制在17(T250°C，熱處理時間優選為5 8小時。綜上所述，本發明以水溶性酚醛樹脂溶液為粘結劑製備離合器面片，首先將水溶性酚醛樹脂溶液、摩擦性能調節劑以及水混合製成漿料，再將纖維浸潰漿料、烘乾後纏繞成為型坯，然後將型坯熱壓成型為面片，經熱處理後打磨、鑽孔，得到離合器面片。其中，所述的水溶性酚醛樹脂溶液採用聚乙烯醇、納米級凹凸棒土以及微米級銅粉多重改性水溶性酚 醛樹脂，具有如下有益效果(I)在水溶性酚醛樹脂合成過程中加入一部分的聚乙烯醇，形成聚乙烯醇改性的酚醛樹脂水溶液，由於聚乙烯醇分子鏈上含有一定量的羥基，提高了酚醛樹脂在水中的溶解性，並且增加了酚醛樹脂作為粘結劑與纖維的粘結性能，同時這部分的羥基與酚醛樹脂中的羥甲基在固化的過程中縮聚形成內增韌結構也有效地提高了酚醛樹脂的韌性；另外，由於聚乙烯醇的加入量較少，對酚醛樹脂的耐熱性影響較小；(2)在聚乙烯醇改性的酚醛樹脂水溶液中加入納米凹凸棒，由於納米凹凸棒能夠與酚醛樹脂基體形成大量的物理交聯點，提高了樹脂的耐熱性，同時也進一步增強了其韌性；另外，納米級凹凸棒土具有較強的吸附性能，以該改性的水溶性酚醛樹脂水溶液作為粘結劑製得的離合器面片在使用過程中產生的小分子物質能夠被納米級凹凸棒土以及摩擦性能調節劑中的沸石等吸附，從而有效地減少了離合器面片表面所形成的氣態或液態膜，提高了酚醛樹脂樹脂的抗熱衰退性能。(3)將微米級銅粉分散在聚乙烯醇改性的酚醛樹脂水溶液中，提高了樹脂的耐磨性能，同時進一步增強了樹脂韌性。上述水溶性酚醛樹脂溶液有效提高了酚醛樹脂在水中的溶解性，以及酚醛樹脂的粘結性、韌性、耐熱性、抗熱衰退性以及耐磨性。因此，以該水溶性酚醛樹脂溶液為粘結劑製備離合器面片成本低、綠色環保，製得的離合器面片產品能承受加工和使用過程中的衝擊力而不開裂，同時具有較高的熱穩定性、較高而穩定的摩擦係數以及較低的磨損率。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明作進一步詳細描述，需要指出的是，以下所述實施例旨在便於對本發明的理解，而對其不起任何限定作用。實施例1:本實施例中，離合器面片以水溶性酚醛樹脂溶液為粘結劑，其製備方法包括如下步驟( I)製備水溶性酚醛樹脂溶液將100質量份的苯酚，5質量份的聚乙烯醇和5質量份的NaOH加入到反應容器中，再將115質量份的甲醛溶液加入到反應容器中，升溫至93°C，攪拌反應40分鐘，得到聚乙烯醇改性的酚醛樹脂水溶液；停止加熱，待溫度降低至50°C以下後，將4質量份的納米級凹凸棒土和I質量份微米級銅粉顆粒加入到反應容器中，攪拌25分鐘；停止攪拌，收集反應溶液，置於超聲波分散裝置中，溫度控制在40°C左右，在45Hz頻率下超聲波分散90分鐘，得水溶性酚醛樹脂溶液；上述製得的水溶性酚醛樹脂溶液的固含量為61. 5%，能夠溶於其質量7倍的水中。熱失重測試結果顯示，在343°C其熱失重5%，438°C其熱失重10%。(2)配製漿料按照如下配方製備漿料水溶性酚醛樹脂32質量份，重晶石13質量份，鉻鐵礦粉14質量份,石墨4質量份,炭黑5質量份,沸石6質量份,氧化招2質量份,石灰石6質量份；(3)將連續的混合纖維浸潰漿料，然後在85°C下烘80分鐘後纏繞成為型坯；(4)將纏繞後的型坯放入熱壓模熱壓成型為面片，熱壓溫度為160°C，壓力為 20MPa，熱壓時間為5分鐘；將熱壓後的面片置入180°C烘箱，熱處理8小時，冷卻後進行打磨加工、鑽孔，得到離合器面片產品。上述製得的離合器面片產品能夠承受加工和使用過程中的衝擊力而不開裂。採用定速式試驗機，根據GB/T5764-2011標準對上述離合器面片進行測試，摩擦磨損性能如下表I所示，表面該離合器面片摩擦係數穩定，磨損率低，在350°C的條件下依然具有穩定的摩擦係數和較低的磨耗，產品質量完全符合國家相關標準。實施例2 本實施例中，離合器面片以水溶性酚醛樹脂溶液為粘結劑，其製備方法包括如下步驟( I)製備首水溶性酚醛樹脂溶液將100質量份的苯酚，4質量份的聚乙烯醇和8質量份的Ba (OH)2加入到反應容器中，再將116質量份的甲醛溶液加入到反應容器中，升溫至90°C，攪拌反應45分鐘，得到聚乙烯醇改性的酚醛樹脂水溶液；停止加熱，待溫度降低至50°C以下後，將2質量份的納米級凹凸棒土和1. 5質量份微米級銅粉顆粒加入到反應容器中，攪拌30分鐘；停止攪拌，收集反應溶液，置於超聲波分散裝置中，溫度控制在45°C左右，在45Hz頻率下超聲波分散100分鐘，得改性水溶性酚醛樹脂溶液；上述製得的水溶性酚醛樹脂溶液的固含量為60. 0%，能夠溶於其質量9倍的水中。熱失重測試結果顯示，在320°C其熱失重5%，423°C其熱失重10%。(2)配製漿料按照如下配方製備漿料水溶性酚醛樹脂溶液30質量份，重晶石14質量份，鉻鐵礦粉15質量份，石墨6質量份，炭黑5. 5質量份，沸石4質量份，氧化鋁2. 5質量份，石灰石5質量份；(3)將連續的混合纖維浸潰漿料，然後在90°C下烘60分鐘後纏繞成為型坯；(4)將纏繞後的型坯放入熱壓模熱壓成型為面片，熱壓溫度為165°C，壓力為20MPa，熱壓制時間為6分鐘；將熱壓後的面片置入200°C烘箱，熱處理6小時，冷卻後進行打磨加工、鑽孔，得到離合器面片產品。上述製得的離合器面片產品能夠承受加工和使用過程中的衝擊力而不開裂。採用定速式試驗機，根據GB/T5764-2011標準對上述離合器面片進行測試，摩擦磨損性能如下表I所示，表面該離合器面片摩擦係數穩定，磨損率低，在350°C的條件下依然具有穩定的摩擦係數和較低的磨耗，產品質量完全符合國家相關標準。實施例3 本實施例中，離合器面片以水溶性酚醛樹脂溶液為粘結劑，其製備方法包括如下步驟( I)製備水溶性酚醛樹脂溶液將100質量份的苯酚，6質量份的聚乙烯醇和6質量份的NaOH加入到反應容器中，再將112質量份的甲醛溶液加入到反應容器中，升溫至95°C，攪拌反應48分鐘，得到聚乙烯醇改性的酚醛樹脂水溶液；停止加熱，待溫度降低至50°C以下後，將3質量份的納米級凹凸棒土和1. 5質量份微米級銅粉顆粒加入到反應容器中，攪拌25分鐘；停止攪拌，收集反應溶液，置於超聲波分散裝置中，溫度控制在40°C左右，在45Hz頻率下超聲波分散120分鐘，得改性水溶性酚醛樹脂；上述製得的水溶性酚醛樹脂溶液的固含量為63%，能夠溶於其質量7倍的水中。熱失重測試結果顯示，在348°C其熱失重5%，445°C其熱失重10%。(2)配製漿料按照如下配方製備漿料改性水溶性酚醛樹脂溶液33質量份，重晶石12質量份，鉻鐵礦粉16質量份,石墨6質量份,炭黑5質量份,沸石5質量份,氧化招2質量份,石灰石3質量份；(3)將連續的混合纖維浸潰漿料，然後在85°C下烘90分鐘後纏繞成為型坯；(4)將纏繞後的型坯放入熱壓模熱壓成型為面片，熱壓溫度為160°C，壓力為25MPa，熱壓制時間6分鐘；將熱壓後的面片置入220°C烘箱，熱處理5小時，冷卻後進行打磨加工、鑽孔，得到離合器面片產品。上述製得的離合器面片產品能夠承受加工和使用過程中的衝擊力而不開裂。採用定速式試驗機，根據GB/T5764-2011標準對上述離合器面片進行測試，摩擦磨損性能如下表I所示，表面該離合器面片摩擦係數穩定，磨損率低，在350°C的條件下依然具有穩定的摩擦係數和較低的磨耗，產品質量完全符合國家相關標準。表1:採用定速式試驗機，根據GB/T5764-2011標準對上述實施例1_3製備得到的離合器面片進行測試得到的摩擦磨損性能表
權利要求
1.以水溶性酚醛樹脂溶液為粘結劑製備離合器面片的方法，包括如下步驟步驟1、將水溶性酚醛樹脂溶液和摩擦性能調節劑混合，加入適量水，攪拌製成漿料；所述的水溶性酚醛樹脂溶液由聚乙烯醇改性的酚醛樹脂水溶液、納米級凹凸棒土以及微米級銅粉組成；按照質量份數計，所述的聚乙烯醇改性的酚醛樹脂水溶液是由100質量份的苯酚、11(Γ120質量份的甲醛水溶液、Γ20質量份的聚乙烯醇，以及Γ10質量份的鹼性催化劑混合反應而成，其中甲醛水溶液的質量百分比濃度為309Γ45% ;按照聚乙烯醇改性的酚醛樹脂水溶液中苯酚含量為100質量份數計，所述的納米級凹凸棒土含量為Γ4質量份，微米級銅粉含量為Γ2質量份；步驟2、將纖維浸潰漿料，烘乾後纏繞成為型坯；步驟3、將型坯熱壓成型為面片，再經熱處理後打磨、鑽孔，得到離合器面片。
2.根據權利要求1所述的以水溶性酚醛樹脂溶液為粘結劑製備離合器面片的方法， 其特徵是所述的水溶性酚醛樹脂溶液中，鹼性催化劑包括氨水、六次甲基四胺、碳酸鈉、胺類、鹼金屬、鹼土金屬氧化物中的一種或者幾種。
3.根據權利要求2所述的以水溶性酚醛樹脂溶液為粘結劑製備離合器面片的方法，其特徵是所述的鹼土金屬氧化物包括氫氧化鈉或氫氧化鋇。
4.根據權利要求1所述的以水溶性酚醛樹脂溶液為粘結劑製備離合器面片的方法，其特徵是所述的水溶性酚醛樹脂溶液中，聚乙烯醇的聚合度為100(Γ2000。
5.根據權利要求1所述的以水溶性酚醛樹脂溶液為粘結劑製備離合器面片的方法，其特徵是所述的水溶性酚醛樹脂溶液的固含量為609Γ67%。
6.根據權利要求1至5中任一權利要求所述的以水溶性酚醛樹脂溶液為粘結劑製備離合器面片的方法，其特徵是所述的水溶性酚醛樹脂溶液的製備方法包括以下步驟(1)將100質量份的苯酚，Γ20質量份的聚乙烯醇和Γιο質量份的鹼性催化劑加入到反應容器中，升溫至60 75°c，攪拌反應10 25分鐘；再將110 120質量份的37%甲醛溶液加入到反應容器中，升溫至8(Tl00°C，攪拌反應35飛O分鐘，停止加熱；(2)待反應溫度降低至50°C以下，將f4質量份的納米級凹凸棒土和廣2質量份微米級銅粉顆粒加入到反應容器中，攪拌2(Γ30分鐘；(3)停止加熱，待溫度降低至50°C以下後，將f4質量份的納米級凹凸棒土和廣2質量份微米級銅粉顆粒加入到反應容器中，攪拌2(Γ30分鐘；(4)停止攪拌，收集反應溶液，置於超聲波分散裝置中超聲分散均勻。
7.根據權利要求1至5中任一權利要求所述的以水溶性酚醛樹脂溶液為粘結劑製備離合器面片的方法，其特徵是所述的摩擦性能調節劑包括重晶石、鉻鐵礦粉、石墨、炭黑、沸石、氧化鋁、石灰石中的一種或多種。
8.根據權利要求1至5中任一權利要求所述的以水溶性酚醛樹脂溶液為粘結劑製備離合器面片的方法，其特徵是所述的水溶性酚醛樹脂溶液和摩擦性能調節劑的配方為 按照質量百分比計，水溶性酚醛樹脂25 36%，混合纖維13 21%，重晶石12 16%，鉻鐵礦粉 12 16%，石墨2 5%，炭黑5 7. 5%，沸石5 8%，氧化鋁I 2. 5%，石灰石3 10%。
9.根據權利要求1至5中任一權利要求所述的以水溶性酚醛樹脂溶液為粘結劑製備離合器面片的方法，其特徵是所述的步驟2中，烘乾溫度為7(T90°C，烘乾時間為6(Γ90分鐘。
10.根據權利要求1至5中任一權利要求所述的以水溶性酚醛樹脂溶液為粘結劑製備離合器面片的方法，其特徵是所述的步驟3中，在型坯熱壓成型為面片的過程中，熱壓溫度為155 165°C，壓力為2(T30MPa，熱壓時間為5 8分鐘；面片進行熱處理的過程中，溫度控制在17(T250°C，熱處理時間為5 8小時。
全文摘要
本發明公開了一種以水溶性酚醛樹脂溶液為粘結劑製備離合器面片的方法。該方法採用聚乙烯醇、納米級凹凸棒土以及微米級銅粉多重改性的水溶性酚醛樹脂溶液作為粘結劑，與摩擦性能調節劑以及水混合製成漿料，將纖維浸漬漿料、烘乾後纏繞成為型坯，然後將型坯熱壓成型為面片，再經熱處理後打磨、鑽孔，得到離合器面片。改性後的粘結劑具有高溶解性、粘結性、韌性、耐熱性、抗熱衰退性以及耐磨性，以該粘結劑製得的離合器面片成本低、綠色環保，能夠承受加工和使用過程中的衝擊力而不開裂，並且具有較高的熱穩定性、較高而穩定的摩擦係數以及較低的磨損率。
文檔編號C08K3/08GK102993635SQ20121051274
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月3日 優先權日2012年12月3日
發明者黃勇, 王宗和, 程慧玲, 烏學東, 曹慧軍 申請人:浙江科馬摩擦材料股份有限公司